JP2009521392A - 酸化チタン粒子の製造方法、ならびにそれにより製造される粒子および調製物 - Google Patents
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Abstract
【選択図】なし
Description
この先行技術を念頭に置き、加水分解による溶液の酸性度を減少させるのに十分な時間、70℃より低い温度に、出発水溶液として定義されるチタン塩(titanium salt)水溶液を保持することを含む、水溶液中で酸化チタン粒子を製造する方法を、本発明によって、ここで提供する。保持された溶液として定義される得られた溶液に、次いで温度の改変、および/もしくは希釈、ならびに/または試薬の添加を施し、かくして溶液のpHを改変し、改変された系を形成する。前記パラメーターの好ましい改変方式は、高速度のものである。
a)少なくとも1種のチタンイオン(titanic ions)およびその錯体を含む出発水溶液を少なくとも0.1% w/wのチタンの濃度で調製する工程;
b)前記溶液を加水分解が起こる保持時間の間、70℃よりも低い温度で保持し、保持した溶液を含有する系を形成する工程であって、前記加水分解の程度が、溶液中に存在するチタン1 mmolあたり0.1 mmolのプロトンを生じるのに十分であり、前記時間が14日を越えない工程;ならびに
c)前記系の条件を
i)保持した溶液を加熱し、その温度を少なくとも1℃上昇させる工程;
ii)保持した溶液のpHを少なくとも0.1単位変化させる工程;および
iii)保持した溶液を少なくとも20%希釈する工程
の少なくとも1つの工程によって調節する工程
を含み、それによって形成された粒子が存在し、大部分の形成された粒子が約2 nm〜約500 nmの大きさである、小さなサイズの酸化チタン粒子の形成方法をここで提供する。
a)少なくとも1種のチタンイオン(titanic ions)およびその錯体を含む出発水溶液を少なくとも0.1% w/wのチタンの濃度で調製する工程であって、該溶液が2よりも小さいpHを有する工程;
b)改変用水溶液を調製する工程;
c)混合チャンバー中、連続方式で、出発溶液を改変用溶液と接触させ、改変された系を形成する工程;
d)混合チャンバーから改変された系を押し出し流れ(plug-flow)方式で取り出す工程
を含む、小さなサイズの酸化チタン粒子を形成する方法であって、
i. 混合チャンバーにおける滞留時間が約5分未満であり;
ii. 形成された粒子またはその凝集体が存在し、大部分の形成された粒子が約2 nm〜約500 nmの大きさであり;そして
iii. 形成された粒子がチタン酸、もしくはTiO2、またはこれらの組み合わせを含む
ことを特徴とする方法がここで提供される。
a)前記出発水溶液を少なくとも10℃だけ加熱する条件、
b)前記出発水溶液のpHを少なくとも0.1単位変化させる条件、および
c)該出発水溶液を少なくとも20%希釈する条件
の少なくとも1つの条件、またはこれらの組み合わせ
によって、改変用溶液によって調節され、前記改変された系は、前記調節条件で、少なくとも0.5分間保持される。
ここで本発明を以下に詳細に説明することにする。
Claims (71)
- a)少なくとも1種のチタン(titanic)イオンおよびその錯体を含む出発水溶液を少なくとも0.1% w/wのチタンの濃度で調製する工程;
b)前記溶液を加水分解が起こる保持時間の間、70℃よりも低い温度で保持し、保持した溶液を含有する系を形成する工程であって、前記加水分解の程度が、溶液中に存在するチタン1 mmolあたり0.1 mmolのプロトンを生じるのに十分であり、前記時間が14日を越えない工程;ならびに
c)前記系の条件を
i)保持した溶液を加熱し、その温度を少なくとも1℃上昇させる工程;
ii)保持した溶液のpHを少なくとも0.1単位変化させる工程;および
iii)保持した溶液を少なくとも20%希釈する工程
の少なくとも1つの工程によって調節する工程
を含み、それにより形成された粒子が存在し、大部分の形成された粒子が約2 nm〜約500 nmの大きさである、小さなサイズの酸化チタン粒子の形成方法。 - 溶液が前記調節された条件で少なくとも0.5分間保持される、請求項1記載の方法。
- 前記条件の調節が2時間未満の間行われる、請求項1記載の方法。
- 大部分の形成された粒子が50%よりも大きい結晶化度を有することをさらに特徴とする、請求項1記載の方法。
- 平均の50%(重量)の形成された粒子の最小粒子と最大粒子との大きさの比が約10未満であることをさらに特徴とする、請求項1記載の方法。
- 平均の50%(重量)の形成された粒子の最小粒子と最大粒子との大きさの比が約5未満であることをさらに特徴とする、請求項1記載の方法。
- 大部分の形成された粒子が、細長い形状以外の形状のものであることをさらに特徴とする、請求項1記載の方法。
- 大部分の形成された粒子が、少なくとも30 m2/グラムの表面積を有することをさらに特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記形成された粒子を約90℃〜約900℃の範囲内のか焼温度で脱水し、脱水された粒子を形成する工程をさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記脱水が大気圧を超える圧力下で行われる、請求項9記載の方法。
- 前記脱水工程と前記調節工程が同時に行われる、請求項9記載の方法。
- 調節がか焼温度に加熱することを含む、請求項11記載の方法。
- 大部分の脱水された粒子が、細長い形状以外の形状のものであることをさらに特徴とする、請求項9記載の方法。
- 大部分の脱水された粒子が、少なくとも30 m2/グラムの表面積を有することをさらに特徴とする、請求項9記載の方法。
- 前記粒子が、アナターゼ、ルチル、またはブルッカイトからなる群から選択される、請求項1記載の方法。
- 前記酸化物がTiO2の式を有する、請求項1記載の方法。
- 前記酸化物がTi(OH)4の式を有する、請求項1記載の方法。
- 前記の水溶液の調製が、以下の動作:チタン化合物の溶解、塩基の添加、およびチタン塩(titanium salt)溶液の酸性化の少なくとも1つを含む、請求項1記載の方法。
- 前記チタン化合物が、チタン塩(titanium salt)、酸化チタン、水酸化チタン、前記チタン化合物を含有する鉱物、およびこれらの混合物からなる群から選択され、かつ前記化合物が、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸、有機酸、これらの酸性塩、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される酸を含む酸性溶液中に溶解されている、請求項18記載の方法。
- 前記の調製された水溶液が、硫酸イオン、塩化物イオン、硝酸イオン、リン酸イオン、有機酸、およびこれらの混合物からなる群から選択される陰イオンを含む、請求項1記載の方法。
- 前記の調製された出発水溶液中の大部分の陰イオンが硫酸陰イオンである、請求項1記載の方法。
- 調製された溶液のチタンの濃度が約5重量%よりも大きい、請求項1記載の方法。
- プロセスの時間の少なくとも80%の間、溶液のpHが5未満である、請求項1記載の方法。
- 工程(b)における溶液のpHが、工程(b)の少なくとも一部の時間の間、約0〜約2.5に保たれる、請求項1記載の方法。
- 前記水溶液の出発pHが、少なくとも一部の前記調節工程の間、約0〜約1.5である、請求項1記載の方法。
- 少なくとも2つの加熱工程を含む、請求項1記載の方法。
- 以下の前記形成された粒子を磨砕する工程、および前記形成された粒子をふるい分ける工程の少なくとも1つをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 少なくとも1種の分散剤が、調製、保持、調節、脱水、および磨砕からなる群の少なくとも1つの工程に存在する、請求項1、9、および27に記載の方法。
- 前記分散剤が、カチオン性ポリマー、アニオン性ポリマー、非イオン性ポリマー、界面活性剤、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項28記載の方法。
- 前記分散剤の量を改変する工程をさらに含む、請求項28記載の方法。
- 出発溶液が、以下の超音波の作用、およびマイクロ波照射の作用の少なくとも1つによって処理される、請求項1記載の方法。
- 請求項1記載の方法によって形成された酸化チタン粒子、およびその変換の生成物。
- 前記酸化チタン粒子の純度が、これとともに混合された他の金属に関して、少なくとも95%であることを特徴とする、請求項32記載の酸化チタン粒子。
- 球形状、棒形状、針形状、およびいかだ形状からなる群から選択される形状を有することを特徴とする、請求項32記載の酸化チタン粒子。
- 前記粒子が、他の化合物の原子でドープされていることを特徴とする、請求項32記載の酸化チタン粒子。
- 請求項1記載の方法によって調製された前記酸化チタン粒子を含む調製物。
- 前記粒子が、液体中での分散、固体化合物上での担持、より大きな粒子への凝集、部分的な融合、被覆、またはこれらの組み合わせからなる群から選択される改変プロセスによって改変されている、請求項36記載の調製物。
- 前記粒子の分散、担体の添加、加熱処理、混合、水の蒸発、噴霧乾燥、溶射、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される工程を含む、請求項36記載の調製物の製造方法。
- 請求項32記載の前記粒子、および請求項36記載の前記調製物の少なくとも1つを顔料として使用することを含む方法。
- 請求項32記載の前記粒子、および請求項36記載の前記調製物の少なくとも1つを触媒において使用することを含む方法。
- 請求項32記載の前記粒子、および請求項36記載の前記調製物の少なくとも1つを被覆剤において使用することを含む方法。
- 粒子が少なくとも50 Kg/時間の速度で形成される、上記請求項のいずれかに記載の粒子の工業的な製造。
- 請求項1記載の工程を含む、顔料の形成方法。
- 請求項1記載の工程を含む、触媒の形成方法。
- a)少なくとも1種のチタン(titanic)イオンおよびその錯体を含む出発水溶液を少なくとも0.1% w/wのチタンの濃度で調製する工程であって、該溶液が2よりも小さいpHを有する工程;
b)改変用水溶液を調製する工程;
c)混合チャンバー中、連続方式で、出発溶液を改変用溶液と接触させ、改変された系を形成する工程;
d)混合チャンバーから改変された系を押し出し流れ方式で取り出す工程
を含む、小さなサイズの酸化チタン粒子を形成する方法であって、
i) 混合チャンバーにおける滞留時間が約5分未満であり;
ii) 形成された粒子またはその凝集体が存在し、大部分の形成された粒子が約2 nm〜約500 nmの大きさであり;そして
iii) 形成された粒子がチタン酸、もしくはTiO2、またはこれらの組み合わせを含む
ことを特徴とする、方法。 - 前記系の条件が、
a)前記出発水溶液を少なくとも10℃だけ加熱する条件、
b)前記出発水溶液のpHを少なくとも0.1単位変化させる条件、および
c)該出発水溶液を少なくとも20%希釈する条件
の少なくとも1つの条件、またはこれらの組み合わせ
によって、改変用溶液によって調節され、前記改変された系が、前記調節条件で、少なくとも0.5分間保持される、請求項45記載の方法。 - 前記出発溶液のチタン濃度が2重量%よりも大きい、請求項45記載の方法。
- 前記出発溶液、および前記改変用溶液の少なくとも1つが、分散剤、および塩基性化合物の群から選択される試薬を含む、請求項45記載の方法。
- 前記塩基性化合物が、アンモニア、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、および尿素からなる群から選択される、請求項47記載の方法。
- 前記改変された系の溶液中のOH/Tiのモル比が4未満である、請求項46記載の方法。
- 改変用溶液の温度が100℃〜300℃の範囲内である、請求項45記載の方法。
- 前記改変された系が100気圧未満の圧力で保持される、請求項45記載の方法。
- 改変された系が1〜60分の時間保持される、請求項45記載の方法。
- 前記保持の間、温度が、改変された系の温度から、いずれの方向においても20℃の変化よりも小さい範囲内で保持される、請求項53記載の方法。
- 調製された出発水溶液を、前記接触の前に、80℃未満の温度、かつ0よりも大きいpHで、溶液中に存在するチタン1 mmolあたり0.1 mmolのプロトンを生じるのに十分である準備的な保持時間の間、保持する工程をさらに含み、前記準備的な保持時間が14日を越えない、請求項45記載の方法。
- 混合チャンバーにおける滞留時間が約5秒未満である、請求項45記載の方法。
- 混合チャンバーにおける滞留時間が約0.5秒未満である、請求項45記載の方法。
- 取り出された改変された系が少なくとも0.5分間保持される、請求項45記載の方法。
- 請求項45記載の方法によって形成された酸化チタン粒子、およびその変換の生成物。
- 酸化チタン粒子の純度が、これとともに混合された他の金属に関して、少なくとも95%であることを特徴とする、請求項59記載の酸化チタン粒子。
- 球形状、針様形状、棒形状、およびいかだ形状からなる群から選択される形状を有することを特徴とする、請求項59記載の酸化チタン粒子。
- 他の化合物の原子でドープされていることを特徴とする、請求項59記載の酸化チタン粒子。
- 請求項45記載の方法によって調製された前記酸化チタン粒子を含む調製物。
- 前記粒子が、液体中に分散しているか、固体化合物上に担持されているか、凝集してより大きな粒子になっているか、部分的に融合しているか、被覆されているか、またはこれらの任意の組み合わせである、請求項63記載の調製物。
- 取り出された改変された系、またはその中の粒子が、晶析装置に導入される、請求項45記載の方法。
- 晶析装置の内側の温度が、約100〜300℃の範囲内に保たれる、請求項65記載の方法。
- チタン塩(titanium salt)の溶液も晶析装置に導入される、請求項65記載の方法。
- チタン酸も晶析装置に導入される、請求項65記載の方法。
- 前記チタン塩(titanium salt)の溶液の前記酸性化が、前記チタン塩(titanium salt)に存在する陰イオンの酸、他の酸、およびこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される酸の添加によって行われる、請求項18記載の方法。
- 酸、および塩基からなる群から選択される化合物を含む溶液が、前記出発溶液、前記改変用溶液、および前記改変された系からなる群から選択される少なくとも1つの溶液に加えられる、請求項45記載の方法。
- 分散剤、および塩基性化合物からなる群から選択される試薬が、調製、保持、調節、前記晶析装置における結晶化、および前記押し出し流れ方式での流れからなる群の少なくとも1つの工程において存在する、請求項1および63記載の方法。
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